大连理工大学网络高等教育
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：智能家居控制系统的研究与应用
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年5月18日
智能家居可以定义为某个目标或系统。利用先进的计算机,网络通信,自动控制等技术,与家庭生活相关的各种应用子系统有机地结合在一起,通过综合管理使家庭生活更加舒适,安全,有效,节能。智能家居相较于普通家庭,除了具备传统的生活要求功能,同时还提供舒适,安全,节能,高度人性化的生活空间,将一套被动和静态的家用设备转变为具有"智慧"的工具。提供全方位的信息交流功能,帮助家庭和外界保持信息交流,优化人们的生活方式,帮助人们有效安排时间,提高家庭生活安全性,并为家庭节省能源费用等。
本文提出的智能家居PLC控制系统，旨在设计舒适、方便、高效、安全的智能家居自动控制环境，为人们提供更加人性化的家居生活。本设计采用用户手机作为家居信息的监控平台，实时监控家居内部环境信息，主要包括非法入侵报警、煤气泄漏检测和用电设备起火检测等。
全文共分为五章，第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；第二章智能家居控制系统的总体方案设计；第三章智能家居控制系统的硬件设计；第四章智能家居控制系统的软件设计；本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向
关键词：传感器；GSM 模块；短信报警；自动门；可编程序控制器
目 录
1.1 课题的背景及意义
目前人们的日常生活的各方面都朝着数字化、网络化、智能化、人性化的目标发展。作为现代生活的一个必然趋势，智能家居正在受到越来越多的关注。
智能家居是以适用性为主旨，产品以适用性、易用性和人性化为主。尽管当前智能家居有了很大的发展，市场上也出现了许多相应的产品，可是从总体上来看，行业发展缺少统一标准，产品质量也参差不齐，并且倾向家居自动化，而非智能化。信息社会的深入发展，对我们的传统住宅和家居自动化提出了挑战，大家对于家居的要求也不仅仅局限于安全的物质空间，更为关注智能化、人性化的生活空间。
本课题研究的主要内容是创建一个舒适、便利、高效、安全的智能家居PLC
控制系统。智能家居PLC控制系统可以自动控制家居终端设备，远程监测煤气泄露和家电起火等危险信号，并且远程发送报警短信。整体系统是把住宅内各种与信息相关的家居终端、各类传感器、报警装置整合到一起，保持家庭设备与环境的协调统一，为我们提生活、工作、学习和娱乐的各种智能服务，营造一个舒适安全的家庭环境。
1.2 国内外研究现状
很早以前就出现了智能家居的概念，然而一直没有具体的建筑案例出现，一直到二十世纪八十年代美国联合科技公司才将这一概念付诸行动。当时，该公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市的City Place Building，这才出现了世界上首例“智能化建筑”，此后揭开了全球争相建设智能型住宅的序幕。在这之后智能型住宅在新加坡、韩国、日本、美国、德国等国家都有了广泛应用。1998年5月份在新加坡举办的“98亚洲家电与电子消费品国际展览"上推出了“新加坡模式”的家庭智能化系统，该系统包含三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言、家庭智能控制面板、智能布线箱、带网接入和系统软件配置等功能。
由于计算机技术、网络技术以及信息家电的日趋普及，人们关于智能化家居的了解和需求也越来越多，智能化家居正日益进入人们的日常生活中。怎样创建一个既高效又低成本的智能化家居体系，已经成为当今社会的焦点问题。结合国内外智能家居的发展态势看，远程网络控制、家居联网、多手段通信是智能家居发展趋势。
2 智能家居控制系统的总体方案设计
2.1 本方案设计思想
本课题搭建的智能家居PLC控制系统是综合考虑了家庭实用性、稳定性、可行性以及国内外发展现状和研究成果等而开发的。由主控器对家庭终端设备的自动控制，以及家居环境的实时监测，同时在家庭安全防护方面做到实时报警。该系统借助可编程控制器PLC的控制技术和GSM短信息技术，采用SMS进行信息交互，整个系统在稳定性、经济性以及实时性上都具有很大的优势，同时本系统又具有方便的可扩展性以及可移植性，从而满足不同用户的不同需求，因此具有广阔的市场前景和实际研究意义。
2.2 智能家居控制系统实现功能
智能家居的基本目的是为我们创造一个安全、舒适、便利和高效的生活氛围。对于智能家居来讲，最重要的目标是实用为主旨，去除掉华而不实、最终也会沦为摆设的功能，产品应该以实用性、易用性和人性化为主要核心。本系统将建立一个基于PLC的智能家居控制系统，主要包含PLC对终端设备的自动控制以及对家居情况的实时监测以及安全防护远程报警等功能。依据用户对智能家居功能的需要，整合了如下最基本的智能家居功能：家用自动门自动开启、运行、上锁，非法入侵发送报警短信，煤气泄露监测并自动发送报警短信，家电起火监测并自动发送报警短信等。
2.3 智能家居控制系统基本硬件选择
2.3.1 可编程序控制器PLC
可编程序逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller，简称PLC)是一类专门用于自动控制的计算机，它采用直接面对用户的可编程序存储器，用于其内部程序存储，顺序控制、逻辑运算执行、定时、计数以及算数运算操作等指令，并且通过模拟式或数字式输入、输出控制各种类型的机械生产过程。PLC具备稳定性高、性价比高、故障率低、简便操作、应用灵活、维修保养方便等许多优点。其应用也不再局限于工业控制领域，现已逐渐走入家居控制，公共场所等领域。
可编程控制器是一项综合技术，微电子技术以及计算机技术的发展促进了PLC 的发展[20]。随着可编程控制器在各类应用领域范围的不断扩大，它本身的技术也在不断发展与改进。目前，可编程控制器 PLC 正朝着以下几个方面发展：
1.小型化方向发展。
尽管目前 PLC 有很多小型号出现，但是远远不能满足用户的需求。稳定性方面相较于单片机优越很多，但是体积上却处于劣势。譬如，本系统选用的 20点 I/O 口的 CP1L，尽管是小型 PLC，但是边长却有 8cm 左右，这样的尺寸大大降低了用户体验。未来的 PLC 会朝着小型化、微型化方向发展。
2.不断强化功能。
现在的小型化 PLC 多数局限于开关量的输入输出，往后小型化 PLC 也将增添模拟量的分析处理。同时，不但具备逻辑运算、定时、计数等基本功能，还增添了数值运算、模拟调节、显示、监控、记录等多种功能。
3.网络化方向发展。
网络化是 PLC 发展的一个重要特征。多种监控主机可以提供屏幕显示、数据采集、信息传送等功能。同时各家厂商的 PLC 增加兼容性，以便于集中管理和分开控制。
4.编程软件的高级化。
逐步发展多种编程语言，包括面向顺序的语言和面向过程控制的语言等，同时增加可以和计算机兼容的编程语言，包括 C、C#、汇编语言等。且各厂商生产的 PLC 统一指令或者可以利用某种软件实现轻松转化，便于程序移植和功能扩展。
5.更加经济、可靠。
虽然小型 PLC 与其他稳定性高的产品比起来更加经济可靠、价格低廉，但是价格还是略微偏高。而且随着不断增强的功能，成本一定会增加。不过随着各项技术及工艺的发展，PLC 的制作成本会不断下降，真正做到经济可靠、价格低廉。
2.3.2 GSM短信息模块TC35i的基本介绍
全球移动通信系统(Global System of Mobile Communication，简称GSM)是由欧洲电信标准组织ETSI制定的数字移动通信标准，也是当今应用最普遍的移动通讯标准。GSM短信模块是一种基于无线GSM网络技术的工业级MODEM(调制解调器)，它内嵌入GSM无线通信模块、集成卡槽、天线及各种外围电路等。卡槽内插入移动运营商的SIM卡，就可以建立与移动运营商的短信中心的无线连接的装置。通过GSM短信模块的连接就可以实现主控器与应用系统之间短信的自由收发。
全球移动通讯系统的短消息传送业务选用专用控制信道（DCCH），DCCH是一种“点对点”的双向控制信道，它的用处是在呼叫接续阶段和在通信进行过程中，在基站与移动台之间传输必要的控制数据。网络管理端可以准确地知道对方是否已经接收到短消息，假如传送失败，对方没有回复消息，网络管理端可以自动重新发送，从而保证对方能够接收到消息。由于SMS业务具有可靠性高、信号传播距离远、覆盖范围广且资费便宜等优点，因此选用SMS业务实现智能家居远程监控报警，它可以为监控设备的通讯和远程数据传输提供一个稳定可靠的支持平台。GSM短信模块是一种基于无线GSM网络技术的工业级MODEM（调制解调器），它内嵌入GSM无线通信模块、集成卡槽、天线及各种外围电路等。卡槽内插入移动运营商的SIM卡，就可以建立与移动运营商的短信中心的无线连接的装置。通过GSM短信模块的连接就可以实现主控器与应用系统之间短信的自由收发。
